Введение

Поршневые дизели относятся к роду тепловых двигателей, в которых химическая энергия топлива преобразуется в тепловую непосредственно внутри рабочего цилиндра. Поступающие в цилиндр воздух и впрыскиваемое топливо образуют горючую смесь, которая самовоспламеняется благодаря высокой температуре в конце сжатия, а также химической реакцией топлива с кислородом воздуха. В результате процесса сгорания образуются газообразные продукты с высоким давлением и температурой. Эффективность процесса сгорания характеризуется количеством теплоты, выделенной в объёме рабочего цилиндра.

Преобразование полученной тепловой энергии в механическую происходит посредством передачи работы расширения продуктов сгорания на поршень, поступательно-возвратное движение которого, в свою очередь, преобразуется через кривошипно-шатунный механизм во вращательное движение на коленчатом валу двигателя. Создаваемый на валу крутящий момент совершает полезную работу, преодолевая сопротивление внешней нагрузки, например гребного винта судна.

Газораспределительный механизм периодически открывает и закрывает выпускные и впускные органы, что обеспечивает своевременную очистку цилиндра от газов и заполнение его свежим зарядом воздуха. Топливная система осуществляет своевременную подачу топлива в цилиндр.

Комплекс последовательных процессов, периодически повторяющихся и обуславливающих работу двигателя, называется рабочим циклом. В настоящее время коэффициент полезного действия у современных двигателей достигает значения в 50-52%.

1.Выбор типа и расчет основных параметров дизеля

1.1.Мощность Nе, угловая скорость вращения коленчатого вала ω, тактность τ и, условия работы дизеля задаются консультантом проекта. В процессе проектирования, по согласованию с консультантом при наличии соответствующих обоснований заданные величины могут быть откорректированы.

Эффективная мощность дизеля кроме угловой скорости и тактности зависит от величин среднего эффективного давления Ра, реализуемого при рассматриваемом режиме работы, рабочего объема цилиндра Vh и числа цилиндров Z. При проектировании дизелей величины, определяющие их эффективную мощность, выбираются с учетом опыта эксплуатации ухе построенных двигателей, а также весовых и габаритных ограничений, выдвигаемых специфическими условиями работы проектируемого двигателя.

Мощность двигателя определяется соотношением:

ω - угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с; Z - число цилиндров; Vs - рабочий объем цилиндров, м3; τ - коэффициент тактности.

4

1.5.Коэффициент тактности принимается равным двум для 2-х и четырем – для 4-тактных ЛЭУ.

1.6.Среднее эффективное давление и средняя скорость поршня выбираются на

основании опыта конструирования, доводки и эксплуатации

существующих двигателей.

В зависимости от заданной мощности предварительно выбирается величина среднего эффективного давления по рис.1.

1.7.Средняя скорость поршня Cm является параметром, определяющим степень быстроходности и долговечности дизеля. Для выполненных тепловозных двигателей средние скорости поршня имеют значения:

-для 4-тактных дизелей Cm=7,4 - 10,5 м/с;

-для 2-тактных дизелей Cm=7,2 - 8,3 м/с.

Двигатели с высокими значениями Cm характеризуются меньшими габаритами и массой. Для их изготовления применяются материалы повышенного качества и износостойкости, повышается класс точности изготовления дизелей, в процессе эксплуатации для смазки используются высококачественные сорта масел с присадками с тем, чтобы сохранить моторесурс на требуемом уровне.

Поэтому, по возможности, выбирают меньшую скорость поршня.

1.8.Число цилиндров в тепловозных дизелях в зависимости от общей мощности, размеров цилиндра и тактности колеблется от 6 до 24 для 4- тактных и 10 -16 для 2-тактных.

У 4-тактных двигателей, исходя из условий уравновешивания и необходимой равномерности крутящего момента, применяют четное число цилиндров (6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 и 24). При числе цилиндров от 6 до 8 обычно используют рядное расположение. При числе цилиндров больше 8 переходят к их V - образному расположению.

1.9.Диаметры цилиндров построенных тепловозных дизелей изменяются в пределах:

5

- D = 0,170 - 0,300, м для 4-тактных дизелей с неразделённой камерой сгорания;

При больших диаметрах цилиндров имеют место высокая тепло напряженность, значительная масса деталей кривошипно-шатунного механизма и поршня вследствие больших нагрузок.

Диаметр цилиндра выбирается приближенно в соответствии с рис. 2 и должен удовлетворять нормальному ряду диаметров:

0,130; 0,140, 0,150; 0,160; 0,170; 0,180; 0,190; 0,210; 0,230, 0,240; 0,250; 0,260; 0,280; 0,300, 0,320; 0,340, м.

Отношение хода поршня S к диаметру D цилиндра для тепловозных дизелей находится в пределах:

- S/D = 1,0 - 1,3 для 4-тактных дизелей;

В двигателях средней быстроходности рекомендуется увеличенные отношения S/D, так как при прочих равных условиях с увеличением S/D уменьшается диаметр цилиндра, нагрузка на детали кривошипно-шатунного механизма, увеличивается высота камеры сгорания, что ведет к улучшению процесса сгорания, но при этом увеличивается высота двигателя.

Для быстроходных дизелей целесообразно снижать величину S/D для уменьшения средней скорости поршня и высоты двигателя. Однако с понижением S/D ухудшаются условия протекания процессов смесеобразования.

1.10. Определение основных размеров и числа цилиндров ЛЭУ рекомендуется производить в следующем порядке:

-В соответствии с рекомендациями, изложенными ранее, выбирают ориентировочную величину среднего эффективного давления Ре.

-Задаются тремя-четырьмя значениями средней скорости поршня Cmi

вдиапазоне значений, рекомендованных в п. 1.1, с интервалом 0,5 м/с.

Для нескольких значений отношения (S/D)j определяют диаметры цилиндров, соответствующие выбранным значениям средней скорости поршня и заданной угловой скорости коленчатого вала:

6